Роль кориолисовой силы инерции

Как известно из теоретической механики, горизонтальная компонента кориолисового ускорения определяется формулой

, (59)

где: W – угловая скорость вращения Земли;

j – угол широты;

u – скорость тела (в нашем случае – жидкой частицы) относительно земной поверхности.

Так как угловая скорость вращения Земли

,

где 86400 – число секунд в сутках, очень мала, то и кориолисово ускорение имеет малую величину. Если в потоке, текущем со скоростью 1 м/с на 60° широты и имеющем уклон , проекция ускорения свободного падения на направление движения составляет около м/с², то кориолисово ускорение в нем приблизительно равно м/с²,
т.е. в 14 раз меньше.

Напомним, что величина кориолисова ускорения не зависит от направления движения тела по земной поверхности. Само ускорение направлено под прямым углом к вектору скорости тела, в северном полушарии влево, если смотреть по движению, в южном полушарии вправо. Направление кориолисовой силы инерции обратное: вправо в северном полушарии и влево в южном.

Действие кориолисовой силы инерции на движение воды в реках качественно такое же, как действие центробежной силы инерции. Так же, как последняя, она создает поперечный уклон свободной поверхности, но направленный уже не от вогнутого берега к выпуклому, а (в северном полушарии) от правого берега к левому. Поперечный градиент давления уравновешивает кориолисову силу в точке вертикали, где скорость приблизительно равна средней. Выше этой точки действие кориолисовой силы является преобладающим, и вода уклоняется к правому берегу, ниже этой точки доминирует поперечный градиент давления и вода движется к левому берегу. Однако если скорости поперечного течения, вызванного центробежной силой, могут иметь порядок сотых и десятых долей средней скорости течения, то скорости поперечного течения, обусловленного кориолисовой силой, даже в высоких широтах не выходят за пределы тысячных долей средней скорости. Отклонение поверхностных струй речных потоков северного полушария к правому берегу нельзя заметить, следя за движением поплавков.

Как уже указывалось, в задачах гидравлики речных потоков и во всех инженерных расчетах кориолисовой силой пренебрегают. И, тем не менее, эта малая, почти незаметная сила заявляет о своем существовании самым разительным образом.

Путешествуя в середине прошлого столетия по рекам бассейна Волги, русский академик К.М. Бэр обратил внимание на несимметричность поперечных сечений их долин. На большей части протяжения долин их правые берега были высокими и крутыми, левые пологими. Русла рек в большинстве случаев оказывались смещенными к правым коренным берегам. На Волге местные жители не говорят о правом и левом берегах реки, они называют их «горный» и «луговой». Эти наблюдения не трудно было обобщить и так появился знаменитый закон Бэра: реки северного полушария подмывают правые берега своих долин.

Каким же образом малая сила смогла дать такие крупные результаты? Ответ на этот вопрос ясен. Дело в том, что эта малая сила действовала на данном участке долины непрерывно в одном и том же направлении в течение тысяч, а иногда десятков и сотен тысяч лет. Асимметрия речных долин есть следствие очень медленной, но очень долгой работы речного потока. Долины рек экваториальной зоны, где кориолисова сила переходит через ноль, преобладающей право- или левосторонней асимметрии не имеют.